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Frequencímetro de Áudio (INS294)

Monte um frequencímetro com display de cristal líquido de 3 e meio dígitos capaz de medir freqüências de até 20 kHz. Com ele, trabalhos em circuitos de baixa freqüência tornam-se mais simples e precisos. Alimentado com suas baterias de 9 V e baixo consumo de corrente, este instrumento é totalmente portátil.

Obs. Este artigo é de 1990, mas módulos equivalentes de cristal líquido podem ser adaptados.

Quando se fala num frequencímetro de áudio, e que portanto é projetado para medir baixas freqüências (até 20 kHz) pode parecer ao leigo ou ao leitor menos experiente que se trata de um aparelho de uso limitado.

Pode parecer que somente aqueles que trabalham especificamente com equipamento de áudio iriam se beneficiar dos recursos que um equipamento deste tipo pode fornecer.

No entanto, não é isso que ocorre na realidade e os leitores mais esclarecidos poderão perceber com facilidade.

A faixa de freqüências que vai de 0 até os 20 kHz não é exclusiva dos equipamentos de som, aparecendo praticamente em todos os setores da eletrônica.

Assim, temos de levar em conta que os equipamentos de áudio operam realmente com sinais desta- faixa, mas o mesmo ocorre com equipamentos de rádio, comunicações e TV que possuem obrigatoriamente seus canais de áudio.

Sistemas de controle remoto, instrumentos diversos, inversores, equipamentos médicos ou operam totalmente baseados em circuitos de baixas freqüências (recebendo ou transmitindo seus sinais) ou possuem etapas que operam com tais sinais.

Passando à eletrônica digital, as freqüências de clock de muitos circuitos estão bem acima dos 20 kHz, no entanto é comum o uso de estágios divisores que levam estes sinais a cair justamente na faixa de áudio, permitindo assim o uso do nosso frequencímetro.

É claro que existe a possibilidade de se ampliar a escala do aparelho com um fundo de 200 kHz ou mesmo 2 MHz, bastando para isso que seja utilizado um circuito divisor por 10 ou por 100, e isso será dado na parte prática.

O fato é que, a palavra “áudio” que dá nome ao nosso frequencímetro não deve ser levada como uma limitação de setor profissional de aplicação, mas sim ao fato de que, por convenção das freqüências situadas entre 15 e 20 000 Hz, correspondem justamente ao espectro das áudio-freqüências.

As qualidades que este instrumento apresenta levam-no, pois a uma faixa de utilidade que somente quem sabe trabalhar com este tipo de equipamento pode avaliar.

Como características básicas deste instrumento podemos enumerar as seguintes:

- 3 faixas de freqüências com indicação de 3 e meio dígitos: 200, 2000 e 20000 Hz.

- Alimentação com duas baterias de 9 volts e baixo consumo de corrente.

- Calibração fácil a partir de fonte de freqüência conhecida.

- Mostrador de cristal líquido

- Sensibilidade de entrada de 100 mV

- Impedância de entrada de aproximadamente 20 k Ω

O sinal de áudio aplicado á entrada, que pode ter qualquer forma de onda, recebe uma amplificação inicial de umas 30 vezes a partir do transistor Q1, sendo então levado á entrada de uma das quatro portas disparadoras do integrado CMOS 4093.

Esta porta é ligada como um disparador que converte. o sinal para uma forma de onda retangular.

A excursão negativa deste sinal retangular é usada para disparar um multivibrador monoestável formado pela segunda porta das quatro existentes no circuito integrado, obtendo-se assim um pulso de duração constante independente da intensidade ou freqüência do sinal de entrada.

A duração deste pulso é dada por R6 e C2 e fixa o limite de operação do frequencímetro.

Este Sinal novamente é aplicado a outro multivibrador, formado pela terceira porta do circuito integrado, para depois sofrer uma inversão na última porta do mesmo.

O ponto de disparo do segundo multivibrador monoestável é ajustado por potenciômetros (trimpots) de modo a fixar a duração dos pulsos em cada escala.

Obtemos então na saída do inversor (última porta do 4093) pulsos cujos valores médios correspondem à frequência de entrada.

Este sinal é então levado a um módulo de leitura de tensão digital com mostrador de cristal líquido.

Este módulo tem uma sensibilidade de entrada que permite sua operação de0 V a 1,999 V fixando assim as escalas de frequência do aparelho.

Basta então fazer com que em cada escala tenhamos uma correspondência direta entre a frequência e a tensão de saída para que a indicação possa ser feita com boa precisão.

Assim, na escala de 0 a 200 Hz, fazemos com que cada volt corresponda a 100 Hz, enquanto que, na escala de 0 a 2 000 Hz, cada volt corresponda a 1 000 Hz.

A freqüência máxima de entrada deste aparelho depende tanto das características da etapa transistorizada de entrada como da própria velocidade do CMOS 4093 que não vai além de alguns megahertz.

Podemos entretanto trabalhar com pré-scalers e um circuito é dado na figura 1.

 

   Figura 1 – Pré scaler divisor por 10
Figura 1 – Pré scaler divisor por 10

 

No circuito adicional, com um 4017 funcionando como divisor por 10 podemos modificar o funcionamento do aparelho que passará a ter escalas de 2 kHz, 20 kHz e 200 kHz.

A alimentação do circuito é feita com duas baterias de 9 V independentes. Uma é utilizada para alimentar o setor de conversão freqüência/tensão e tem um consumo bastante baixo, da ordem de pouco mais de 10 mA.

A outra é usada para alimentar o módulo de cristal líquido com um consumo de corrente igualmente baixo.

Na figura 2 temos o diagrama completo do frequencímetro.

 

Figura 2 – Diagrama do frequencímetro
Figura 2 – Diagrama do frequencímetro

 

A placa de circuito impresso para o setor de conversão freqüência/tensão é mostrado na figura 3, já que o módulo de cristal líquido com o integrado 7106 deve ser obtido pronto.

 

Figura 3 – placa para a montagem
Figura 3 – placa para a montagem

 

O conjunto poderá ser facilmente montado numa caixa de pequenas dimensões.

Para o integrado sugerimos a utilização de soquete DIL.

O transistor usado é o BC548 ou equivalente, e os trimpots podem ser comuns ou multivoltas caso se deseje um ajuste mais preciso, principalmente no caso de P5.

Os resistores são todos de 1/8 W com 10% ou 20% de tolerância e os capacitores de Cl a CB são cerâmicos.

C4 e C5 são eletrolíticos com tensão de trabalho de 12 V ou mais. D1 pode ser o 1N4148 ou qualquer diodo de silício de uso geral.

A chave S1 é de 1 pólo x3 posições, rotativa, sendo montada na parte frontal do aparelho.

S1 é um interruptor duplo, com cada seção empregada para ligar e desligar uma das baterias.

O módulo de cristal líquido é montado na parte frontal do aparelho com todo cuidado e conexões curtas até o módulo conversor de freqüência em tensão.

Para mais informações sobre a montagem, funcionamento e utilização deste módulo sugerimos consultar nosso site onde temos diversos artigos.

 

Calibração e Uso

Curto-circuite com um pedaço de fio ou encostando uma ponta de prova na outra os terminais de entrada do aparelho. Ligue S2 e ajuste P5 para ler 000 no módulo de cristal líquido.

Depois ligue, conforme mostra a figura 4, um gerador de funções, gerador de áudio ou mesmo um oscilador com o 555, na entrada do aparelho.

 

Figura 4 – Arranjo para teste
Figura 4 – Arranjo para teste

 

Se o gerador ou oscilador não forem previamente calibrados ou tiverem uma precisão apropriada à calibração será interessante utilizar para o acompanhamento um frequencímetro convencional.

O sinal aplicado à entrada deve ter uma amplitude na faixa de 0,2 a 1,0 V que serão suficientes para excitar o circuito com facilidade.

Coloque a chave S1 na escala de 200 Hz (A) e injete um sinal de 100 Hz.

Se nada ocorrer com o mostrador, ajuste P1 para que alguma coisa apareça.

Este é o ajuste da sensibilidade de entrada.

Depois, atue sobre P2 de modo a ler a freqüência de 100 Hz (100,0 no mostrador).

Como não há ponto decimal ativado neste caso, a leitura para 100 Hz será 1 000 o que quer dizer que, na chavinha seletora de freqüências, na posição correspondente a 200 Hz de fundo, será marcado 1/10. (dividido por 10).

Depois injete um sinal de 1000 Hz e passe a chave seletora de faixa S1 para a posição de 2000 Hz de fundo (P1 não precisará mais ser mexido).

Ajuste P3 para ler 1000 no mostrador de cristal liquido e marque na chave x1.

Finalmente, coloque a chave na posição de 20 000 Hz e injete um sinal de 10 000 Hz, ajustando P4 para ler 1000.

Marque na chave de freqüências x10.

Feitos os ajustes, o aparelho estará pronto para ser usado.

Observamos que este circuito opera segundo princípio diferente dos frequencímetros digitais por amostragem.

Isso significa que sua precisão é comparada a um instrumento analógico, da ordem de 2% a 3% com uma calibração bem feita.

Para trabalhos de bancada, entretanto, esta precisão é comparada a multímetros comuns e outros instrumentos analógicos.

 

M1 - módulo de cristal líquido LCM300 (ou equivalente)

CI-1 - 4093 - circuito integrado CMOS

Q1 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral

D1 - 1N4148- diodo de silício de uso geral

B1, B2 – 9 V - baterias

S1 - chave rotativa de 1 pólo x 3 posições

S2 - interruptor duplo

J1, J 2 - jaques ou bornes de entrada

P1 - 10 kΩ - trimpot ou potenciômetro

P2 - 2,2 MΩ trimpot

P3 - 220 kΩ - trimpot

P4 - 22 kΩ - trimpot

P5 - 1 kΩ - trimpot

C1 – 470 nF - capacitor de cerâmica ou poliéster

C2 - 120 pF - capacitor cerâmico

C3 - 560 pF - capacitor cerâmico

C4, C5 - 100 µF x 12 V – capacitor eletrolítico

R1, R4, R6 -10 k Ω x 1/8 W - resistores (marrom, preto, laranja)

R2 - 220 k Ω x 1/ 8 W - resistor (vermelho, vermelho, amarelo)

R3, R8 - 47 k Ω x 1/ 8 W – resistores (amarelo, violeta, laranja)

R5 – 220 Ω x 1/ 8 W - resistor (vermelho, vermelho, marrom)

R7 - 470 k Ω x 1/8 W - resistor (amarelo, violeta, amarelo)

R9 - 4,7 k Ω x 1/8 W - resistor (amarelo, violeta, vermelho)

R10 - 22 k Ω x 1/8 W - resistor (vermelho, vermelho, laranja)

Diversos: placa de circuito impresso, caixa para montagem, conectores de bateria, soquete DIL para o integrado, botões para o potenciômetro

(P1), pontas de prova e cabo blindado, fios, solda, etc.

 

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